(57)【要約】【課題】高輝度で、広範囲の駆動電流および環境温度において発光色の変化が少なく、かつ、安全な発光装置を提供する。【解決手段】発光装置であって、波長選択性のある共振器構造を有する、少なくとも１つの発光素子１と、発光素子１の光を受けて蛍光を発する少なくとも１種類の蛍光体を含む透明材料２と、を備え、発光素子１の発光波長は単一縦モードであって、発光波長のピーク波長位置は、蛍光体の吸収スペクトルのピーク波長位置と対応し、発光素子１から放射される単一縦モード発光は透明材料２の蛍光体を励起させる。【選択図】図１
2007324356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長選択性のある共振器構造を有する、少なくとも１つの発光素子と、
前記発光素子の光を受けて蛍光を発する少なくとも１種類の蛍光体を含む透明材料と、を備え、
前記発光素子の発光波長は、単一縦モードであって、
前記発光波長のピーク波長位置は、前記蛍光体の吸収スペクトルのピーク波長位置と対応し、
前記発光素子から放射される単一縦モード発光は、前記透明材料の蛍光体を励起させること
を特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記発光素子は、分布帰還型レーザ、または分布反射型レーザであって、
前記透明材料は、凹形状の外囲器に充填され、
前記外囲器は、前記発光素子と平行な方向に、前記発光素子から離れて設置され、
前記外囲器の側壁には、前記発光素子から放射される発光を、当該外囲器に入射させる開口部が設けられていること
を特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記外囲器の開口部から入射した発光は、当該外囲器の側壁で反射し、
前記発光が反射する少なくとも初回の側壁面は、前記発光の入射方向に対して垂直でないこと
を特徴とする請求項２記載の発光装置。
【請求項４】
前記外囲器の素材は、金属またはセラミックであること
を特徴とする請求項２記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子が発光した光を外部へ放射させる発光装置であって、特に、蛍光体を内包する発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
蛍光体を用いた発光装置としては、例えば特許文献１に記載されている。図７は、特許文献１の照明装置の断面図である。図７に示す照明装置は、発光素子１１２と、当該発光素子から放射される励起光を異なる波長の光に変換する蛍光体層１１１とを含む。そして、発光素子１１２は、活性層１０４を含む複数の半導体層１０２−１０６を２つの反射鏡１０１、１０７で挟むことによって、透光性基板１００の第１主面上に共振器構造が形成された垂直共振器型面発光レーザを含む。また、２つの反射鏡１０１、１０７の反射率は、基板１００の第１主面上に対向する第２主面の方向に励起光が放射されるように、それぞれ設定され、基板１００の第２主面側方向の適当な位置の領域に蛍光体１１１が配置されている。
【特許文献１】特開２００４−１３４６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般的に、レーザ光によって蛍光体を励起する発光装置では、蛍光体層で吸収されなかったレーザ光は発光装置の外部へ放射される。そして、外部へ放射されるレーザ光には、人間の目に対して安全上で問題となる空間的コヒーレンシー（可干渉性）を含んでいる。
【０００４】
特許文献１では、基板１００内でレーザ光を多重反射させること、凹凸形状の光拡散構造、または反射機能を有する光学膜の導入などにより、空間的コヒーレンシーを低減させ、安全性を図っている。しかしながら、これらの対応は、レーザ光の強度を減衰させ、蛍光体の励起効率を低下させる。また、特許文献１で用いられる垂直共振器型面発光レーザは、光出力が通常のレーザより低く、高輝度な照明装置とはいえない。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、高輝度で、広範囲の駆動電流および環境温度において発光色の変化が少なく、かつ、安全な発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、第１の本発明に係る発光装置は、波長選択性のある共振器構造を有する、少なくとも１つの発光素子と、前記発光素子の光を受けて蛍光を発する少なくとも１種類の蛍光体を含む透明材料と、を備え、前記発光素子の発光波長は、単一縦モードであって、前記発光波長のピーク波長位置は、前記蛍光体の吸収スペクトルのピーク波長位置と対応し、前記発光素子から放射される単一縦モード発光は、前記透明材料の蛍光体を励起させることを特徴とする。
【０００７】
第１の本発明にあっては、波長選択性のある共振器構造を有する発光素子を用いることにより、広範囲の駆動電流および環境温度において蛍光体を効率良く励起でき、発光色の変化が少ない高出力・高輝度の光を発光することができる。また、第１の本発明では、発光波長のピーク波長位置と、蛍光体の吸収スペクトルのピーク波長位置とが対応することにより、発光装置が発する発光の大部分が蛍光体によって吸収され、より安全な発光装置を提供することができる。
【０００８】
第２の本発明に係る発光装置は、第１の本発明において、前記発光素子は、分布帰還型レーザ、または分布反射型レーザであって、前記透明材料は、凹形状の外囲器に充填され、前記外囲器は、前記発光素子と平行な方向に、前記発光素子から離れて設置され、前記外囲器の側壁には、前記発光素子から放射される発光を、当該外囲器に入射させる開口部が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
第２の本発明にあっては、分布帰還型レーザまたは分布反射型レーザを用いることにより、広範囲の駆動電流および環境温度において蛍光体を効率良く励起でき、発光色の変化が少ない高出力・高輝度の光を発光することができる。
【００１０】
第３の本発明に係る発光装置は、第２の本発明において、前記外囲器の開口部から入射した発光は、当該外囲器の側壁で反射し、前記発光が反射する少なくとも初回の側壁面は、前記発光の入射方向に対して垂直でないことを特徴とする。
【００１１】
第３の本発明にあっては、外囲器の開口部から入射した発光が当該外囲器の側壁で反射することにより、透明材料中を長い光路長を経て伝播することができる。また、第３の本発明にあっては、少なくとも初回に反射する側壁面が発光の入射方向に対して垂直でないことにより、当該側壁面に反射した発光が入射方向に反射することを回避することができる。
【００１２】
第４の本発明に係る発光装置は、第２の本発明において、前記外囲器の素材は、金属またはセラミックであることを特徴とする。第４の本発明にあっては、反射による劣化を防止することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、より高輝度で、広範囲の駆動電流および環境温度において発光色の変化が少なく、かつ、より安全な発光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態が適用された発光装置の斜視図である。図示する発光装置は、分布帰還型レーザ１と、凹形状の外囲器３とを備える。分布帰還型レーザ１は、波長選択性のある共振器構造を有する発光素子である。凹形状の外囲器３には、少なくとも１種類の蛍光体を含む透明材料２が充填されている。蛍光体は発光素子から放射される励起光を異なる波長の光に変換する。
【００１６】
外囲器３の凹部の内周側壁（内壁面）には、分布帰還型レーザ１から放射されたレーザ光５を、外囲器３内に入射させるための開口部（隙間）６が２つ設けられ、内周側壁は直線と円弧を組み合わせた形状を有している。
【００１７】
また、外囲器３の各開口部６には、分布帰還型レーザ１から放射されたレーザ光５が最初に反射する側壁（反射面）２０が設けられている。この側壁２０は、当該側壁面２０で反射したレーザ光５が分布帰還型レーザ１方向に反射しないように、レーザ光５の入射方向に対して垂直とならないように設定されている。
【００１８】
外囲器３は、分布帰還型レーザ１の結晶基板１１と平行な方向（水平方向）に、当該分布帰還型レーザ１と接することなく、離れて設置されている。すなわち、分布帰還型レーザ１の光出射端面９は、空気４に接している。なお、分布帰還型レーザ１の端面に接する気体は、窒素等の不活性ガス、または真空であってもよい。
【００１９】
また、外囲器３は、入射したレーザ光５が外囲器３の内周側壁および外周側壁（外壁面）で反射を繰り返しても劣化しない、金属またはセラミックスを素材としている。
【００２０】
図２は、分布帰還型レーザ１の模式的な断面図である。分布帰還型レーザ１は、結晶基板１１上に発光層１０と回折格子８とが形成されている。分布帰還型レーザ１は、レーザ素子内部の回折格子８のブラッグ反射により、単一縦モードのレーザ光５を放出する。
【００２１】
図３は、分布帰還型レーザ１のレーザ光５の発振スペクトル（励起スペクトル）１２と、ＹＡＧ系蛍光体の吸収スペクトル１３との関係を示す図である。図示する発振スペクトル１２のピーク波長位置は、蛍光体の吸収スペクトル１３のピーク波長位置と対応し、ほぼ一致している。また、レーザ光５の発振スペクトル１２は、スペクトル線幅が狭くなっている。
【００２２】
素子内部の回折格子８の周期は、レーザ光５の発振スペクトル１２のピーク波長位置と、蛍光体の吸収スペクトル１３のピーク波長位置とが、ほぼ一致するように調整されている。
【００２３】
分布帰還型レーザ１が発するレーザ光５は、単一縦モードであって、発振波長の環境温度による変化が極めて小さい。また、分布帰還型レーザ１は、垂直共振器型面発光レーザと比較して、高出力のレーザ光を放射する。
【００２４】
したがって、分布帰還型レーザ１を蛍光体の励起光源とする本実施形態の発光装置は、広範囲の駆動電流および環境温度において、蛍光体を効率良く励起でき、発光色の変化が少ない高出力の光を発光することができる。
【００２５】
なお、分布帰還型レーザ１では光出射端面（レーザ素子両端面）９が反射鏡として機能するため、光出射端面９は、空気などの低屈折率媒体に接している方が好ましい。したがって、本実施形態では、分布帰還型レーザ１の光出射端面９の両方が、空気４中に露出している。
【００２６】
そして、分布帰還型レーザ１の両光出射端面９から発せられたレーザ光５は、空気４を介して外囲器３の内周側壁に設けられた開口部６から、蛍光体を含む透明材料２中に入射する。そして、入射したレーザ光５は、蛍光体を励起させながら透明材料２中を進行し、外囲器３の内周側壁および外周側壁との反射によって進行方向を変えて透明材料２中を長い光路長を経て伝播する。
【００２７】
レーザ光５の空間的コヒーレンシーは、進行および内周側壁・外周側壁との反射により低減し、透明材料２中に励起光が拡散される。本実施形態では、外囲器３の直線と円弧を組み合わせた側壁形状により、透明材料２のほぼ全体の領域に、励起光が均一に拡散されるようになっている。
【００２８】
このようにして凹形状の外囲器３では、蛍光体からの蛍光と、励起光（蛍光体に吸収されない励起光が存在する場合）との合成光７が、外囲器の開口面から均一な強度分布で発せられる。この外囲器３の開口面から発せられる合成光７は、レーザ光５が進行する進行方向の平面と、垂直方向に発せられ、レーザ光５が有する人体への危険性は除去されている。
【００２９】
以上説明した本実施形態では、波長選択性のある発光素子として分布帰還型レーザ１を用い、蛍光体の励起光源とする。これにより、本実施形態の発光装置は、広範囲の駆動電流および環境温度において蛍光体を効率良く励起でき、発光色の変化が少ない高出力・高輝度の光を発光することができる。
【００３０】
また、本実施形態では、分布帰還型レーザ１の回折格子８の周期は、レーザ光５の発振スペクトル１２のピーク波長位置と、蛍光体の吸収スペクトル１３のピーク波長位置とが、ほぼ一致するように調整されている。これにより、分布帰還型レーザ１が発するレーザ光５の大部分が蛍光体によって吸収され、より安全な発光装置を提供することができる。
【００３１】
また、本実施形態では、分布帰還型レーザ１が発するレーザ光５は、外囲器３の開口部６から蛍光体を含む透明材料２中に入射し、蛍光体を励起させながら外囲器３の内周側壁および外周側壁との反射によって進行方向を変えて透明材料２中を長い光路長を経て伝播する。これにより、透明材料２のほぼ全体の領域に、レーザ光５（励起光）を均一に拡散することができる。すなわち、本実施形態の発光装置は、均一な強度分布で発光することができる。
【００３２】
また、本実施形態では、透明材料２中に入射したレーザ光５は、外囲器３の内周側壁および外周側壁との反射によって進行方向を変えて透明材料２中を長い光路長を経て伝播する。これにより、安全上問題のあるレーザ光５の空間的コヒーレンシーを、低減することができる。
【００３３】
また、本実施形態では、外囲器３の開口面から発せられる合成光７は、レーザ光５が進行する進行方向の平面と、垂直方向に発せられ、レーザ光５が有する人体への危険性は除去されている。すなわち、本実施形態では、より安全な発光装置を提供することができる。
【００３４】
＜第２の実施形態＞
図４は、本発明の第２の実施形態が適用された発光装置の斜視図である。本実施形態の発光装置は、複数の分布反射型レーザ１４と、第１の実施形態と同様の凹形状の外囲器３とを備える。なお、外囲器３には、第１の実施形態で前述したように、少なくとも１種類の蛍光体を含む透明材料２が充填されている。分布反射型レーザ１４は、波長選択性のある共振器構造を有する発光素子である。
【００３５】
図５は、本実施形態の分布反射型レーザ１４の模式的な断面図である。分布反射型レーザ１４は、結晶基板１１上に発光層１０と回折格子８とが形成され、回折格子８のブラッグ反射により単一縦モードのレーザ光５を、片側の光出射端面９のみから放出する。
【００３６】
本実施形態の発光装置では、２個の分布反射型レーザ１４を、光出射端面９が反対向きになるように大気雰囲気中に設置することにより、第１の実施形態と同じ効果を得ることができる。
【００３７】
＜第３の実施形態＞
図６は、本発明の第３の実施形態が適用された発光装置の斜視図である。本実施形態の発光装置は、少なくとも１つの分布反射型レーザ１４と、側壁が多角形形状の外囲器３とを備える。なお、外囲器３には、第１の実施形態と同様に、少なくとも１種類の蛍光体を含む透明材料２が充填されている。また、本実施形態の分布反射型レーザ１４は、第２の実施形態の分布反射型レーザ１４（図５参照）と同様である。
【００３８】
本実施形態では、外囲器３に充填された透明材料のほぼ全体の領域において、均一に励起光が拡散されるように、大気雰囲気中に設置された複数の分布反射型レーザ１４から透明材料２中にレーザ光５を入射させている。
【００３９】
すなわち、外囲器３の側壁には、入射させるレーザ光５（すなわち分布反射型レーザ１４）の数に対応する複数の開口部６が設けられている。そして、レーザ光５が入射する透明材料２の端面１５は、入射方向に対してほぼ垂直な面になっている。なお、この透明材料２の端面１５に、レーザ光５の反射抑制機能を有する光学膜を形成することとしてもよい。また、この透明材料２の端面１５は、レーザ光５の高さ幅より，大きな幅を有するものとする。
【００４０】
また、分布反射型レーザ１４から放射されたレーザ光５が最初に反射する外囲器の側壁（反射面）２０は、第１の実施形態と同様に、レーザ光５の入射方向に対して垂直とならないように設けられている。
【００４１】
本実施形態の発光装置では、多角形状の外囲器３の側壁に設けられた開口部６からレーザ光５を入射することにより、第１の実施形態と同様の合成光７を外囲器３の開口面から発することができる。すなわち、本実施形態では、第１の実施形態と同じ効果を得ることができる。
【００４２】
なお、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】第１の実施形態に係る発光装置の斜視図である。
【図２】第１の実施形態に用いられる分布帰還型レーザの模式的な断面図である。
【図３】レーザ光の発振スペクトルと蛍光体の吸収スペクトルの関係を示す図である。
【図４】第２の実施形態に係る発光装置の斜視図である。
【図５】第２実施形態に用いられる分布反射型レーザの模式的な断面図である。
【図６】第３の実施形態に係る発光装置の斜視図である。
【図７】特許文献１に記載された照明装置の断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  分布帰還型レーザ
２  蛍光体を含む透明材料  
３  外囲器
４  空気
５  レーザ光
６  開口部
７  合成光
８  回折格子
９  光出射端面
１０  発光層
１１  結晶基板
１２  レーザ光の発振スペクトル
１３  蛍光体の吸収スペクトル
１４  分布反射型レーザ
１５  レーザ光が入射する透明材料の端面
２０  レーザ光が最初に反射する外囲器の側壁
【図１】
2007324356.tif 000003
【図２】
2007324356.tif 000004
【図３】
2007324356.tif 000005
【図４】
2007324356.tif 000006
【図５】
2007324356.tif 000007
【図６】
2007324356.tif 000008
【図７】
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